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阿雷西博天文台如何为波多黎各创造了科学遗产

04 Jan 2021
取自2021年1月号 物理世界直到标题为“天文学家哀悼阿雷西博崩溃”为止。物理研究所的会员可以享受完整的期刊 通过 物理世界 应用程式 .

上个月标志性的阿雷西博天文台的毁灭性破坏不仅在天文学上留下了一个大漏洞,而且与波多黎各人民一样, 丽兹·克鲁斯(Liz Kruesi) 报告

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队伍的尽头? 重建倒塌的阿雷西博天文台的请愿书已经有6万多个签名。 (礼貌:罗伯特·明钦)

2020年12月1日,波多黎各岛发生灾难。当地时间上午8点之前的几分钟 阿雷西博天文台 崩溃了,摧毁了射电天文学界和行星雷达科学家。在多条悬挂电缆发生故障后,射电望远镜的悬挂平台(带有格里高利穹顶聚焦和大量仪器)下降了。 900吨的平台坠入下面137 m的305 m盘中。这是许多人担心会遇到传奇望远镜的结局,这使一群研究人员,工作人员和波多黎各人民感到悲痛。

天文学家高度重视望远镜,而阿雷西博则有助于理解紧凑的天体,例如脉冲星和曾经重质量恒星的其他残骸。它是研究太阳系物体表面的关键工具,特别是对于了解对地球潜在危险的物体而言,是至关重要的工具。它是寻找外星情报的标志,被称为SETI。现在的崩溃给天文学和大气地球科学留下了一个巨大的空白。

Arecibo是工程和建筑奇迹。这道菜本身是由近40,000个穿孔的铝板制成的,每个板约2微米x 1微米,位于波多黎各丛林的天然下水道中。平台悬在树冠上方137毫米的地方,就像一个桥梁,上面悬挂着天线,反射器,接收器,平台电机和其他仪器。该望远镜于1963年首次投入使用,1974年进行了升级,增加了雷达发射机。

在1990年代,对望远镜及其仪器进行了进一步升级,包括增加了三层高的格里高利圆顶。在升级过程中,将12条新的辅助电缆添加到了安装在碟子周围的三个钢筋混凝土塔之间的六个主要电缆中,以帮助支撑额外的重量。天体物理学家回忆说:“这是一个神奇的地方” 劳拉·斯皮特勒(Laura Spitler) 来自德国波恩的马克斯·普朗克射电天文学研究所。 “它比您想象的要绿色。到了晚上,所有青蛙鸣叫的湿度和声音都会打击您。”

然而,在过去15年中,阿雷西博(Arecibo)遭受预算削减的困扰,2017年,飓风玛利亚(Murricane Maria)遭受了4级风暴袭击波多黎各,破坏并淹没了该场地。 2018年初,由于天文台面临关闭的风险,一项新的合作–中央佛罗里达大学;波多黎各圣胡安城市大学;和佛罗里达州奥维耶多的Yang Enterprises –介入管理天文台并增加资金。但这还不够。 2020年8月10日,一条辅助电缆从其在“ 4号塔”上的插座中滑出并向下倾斜,在下面的盘中凿出30毫米长的煤气。一旦辅助电缆出现故障,其他电缆就必须承受更大的拉力。

管理团队引入了多个咨询工程公司来评估这些电缆的结构和张力,他们发现其余的电缆应将其固定在适当的位置。但是在11月6日,连接到4号塔的四根主要电缆之一在承受60%的设计负荷时突然断裂。多年来,由于持续的潮湿,暴风雨和地震,该站点的环境因素使电缆的退化速度超过了预期。一些报告还表明,不良的维护可能会加速设备的磨损。在第二条电缆发生故障并得出不同结论后,相同的独立工程公司对现场进行了重新评估。

两周后,在新闻发布会上, 拉尔夫·高美美国国家科学基金会(NSF)天文科学部门负责人说,工程师已建议他们“在4号塔上再损失一根电缆可能会导致灾难性的失控坍塌”。 Gaume和同事当时宣布将Arecibo退役并安全拆除-考虑到现场工人的结构完整性和安全性考虑,修复它不再是一种选择。

为了跟踪任何新的断线-每条主电缆由大约170条电线组成-Arecibo员工在主手术室使用摄像机,并每隔几个小时使用无人机监控情况。在4号塔的电缆上发现了进一步的断线,然后在当地时间12月1日凌晨7:55,其中一根主电缆被折断,另一些电缆紧随其后。平台摆动并将电缆拉出其他塔架。然后,重达900吨的平台坠落到305微米的碟子上。住在现场的阿雷西博天文台的工作人员听到崩溃的消息,新闻通过社交媒体迅速传播。 “当它真的发生时,真是太令人震惊了。我认为我们很多人仍然在接受它。” 罗伯特·明钦是大学空间研究协会的射电天文学家,他在2005年至2018年期间是阿雷西博的天文学家。

传说降临

Arecibo是一个多方面的研究工具。它的大小使其成为数十年来世界上最灵敏的射电望远镜,可窥视太空收集微弱的信号。它的观察导致 1993年诺贝尔物理学奖 因发现一种新型脉冲星而获得新的研究重力的方法而被授予罗素·霍尔斯(Russell Hulse)和约瑟夫·泰勒(Joseph Taylor Jr)。直到2016年中国的五百米孔径球面射电望远镜(FAST)投入使用时,该天线都是世界上最大的单碟望远镜。阿雷西博(Arecibo)最重要的贡献之一是它对紧凑的恒星物体,神秘的脉冲无线电信号以及星系之间的扩散气体进行了一系列的天空探测。

Arecibo的SETI作品也具有标志性。科学家将通过Arecibo数据查找窄带无线电信号,例如导航信标,意外雷达,电视广播或其他文明的其他形式的无线电泄漏。 丹·韦特希默加州大学伯克利分校SETI研究中心的研究员,同事在Arecibo开发了一种“搭载”技术。他说:“我们找到了一种与其他天文学家同时使用望远镜进行天空探测的方法。” “我们只是去兜风。” Werthimer还是SETI @ home项目的开发人员之一,该项目于1999年启动,在睡眠状态下分析来自Arecibo的SETI搜索的数据时,使用了世界各地个人计算机的处理能力。经过20多年的努力,该计划的志愿者方面“进入了冬眠状态”(2020年3月)。

1974年,弗兰克·德雷克(Frank Drake)和已故的卡尔·萨根(Carl Sagan)使用刚安装的Arecibo发射器向球状星团M13发送消息,该球团拥有数千颗恒星。光芒四射的“ Arecibo信息”(如果被他人截获,则传达给另一个智能文明的信息)中编码着DNA的图像,地球生命生物化学物质的样本,太阳系,简笔画的人类以及望远镜。图片消息持续不到三分钟,包含1679位,排列成73行的23个字符。

该发射器用于Arecibo消息,也是使Arecibo行星雷达工作的原因。它会将无线电波发射到行星物体,例如刚发现的近地物体,行星卫星和小行星。 “信号从那些物体的表面散射,然后我们检测到回声,”解释说 安妮·维克(Anne Virkki)曾领导Arecibo的行星雷达小组。他们比较发送和接收的信号,以了解物体的距离,运动,大小和表面。这项工作的很大一部分涉及表征潜在的对地危险物体,而Arecibo承担了这项大部分的地球防御工作。次佳的设施的敏感度要低大约20倍。它也是深空网络的一部分,优先与航天器进行通信。由美国国家航空航天局(NASA)资助的阿雷西博(Arecibo)的行星防御工作是该望远镜可以继续发展的想法的一部分。 “ Arecibo是一台不断革新的望远镜,” Werthimer说。 “不是1960年代诞生的望远镜;它越来越好。”

美国国家科学基金会(NSF)表示不会关闭阿雷西博(Arecibo),阿雷西博(Arecibo)也设有教育中心,12微米射电望远镜和激光雷达设施

直到2020年8月10日这条辅助电缆发生故障,阿雷西博一直在从事科学工作。 Minchin和他的同事在前一天收集了天空调查数据。斯皮特勒研究瞬态无线电源,包括毫秒级的称为快速无线电脉冲的无线电波闪烁,最近一直在监视8月8日。

美国国家科学基金会(NSF)表示不会关闭Arecibo,后者还设有教育中心,12微米射电望远镜和激光雷达设施。但是,仍然存在疑问,如果没有305?m望远镜,天文台是否还能获得相同的吸引力。有人呼吁进行重建,以便在同一地点生产更先进的结构。但这不是简单的任务。 Gaume说:“ NSF有一个非常明确的流程,用于资助和建设包括望远镜在内的大规模基础设施。” “这是一个多年的过程,涉及国会拨款以及科学界的评估和需求。因此,我们现在就替代产品发表评论还为时过早。” 重建望远镜的请愿书 已经有超过100,000个签名。

Arecibo的遗产–灵感的象征

Arecibo不仅仅是丛林中的金属盘子。这个地方激发了世代相传的人们去研究宇宙以及我们在其中的位置。 “我们认识到这种损失对波多黎各的重要性,以及对许多把天文台称为家的人的损失的重要性,” 阿什莉·祖德勒(Ashley Zuaderer),美国国家科学基金会Arecibo计划总监。确实,阿雷西博(Arecibo)的遗产就是它建立和启发的社区。它帮助伪造的科学家,求助于它的人们了解我们在星空中的位置,以及充满自豪感的当地波多黎各人。

11月19日,美国国家科学基金会宣布将退役行星科学家阿雷西博天文台 埃德加德·里维拉·瓦伦丁 来自在得克萨斯州休斯敦市的月球与行星研究所的人,在波多黎各的阿雷西博长大,在Twitter上发布了#WhatAreciboMeansToMe的标签,并收到了数百个回复。 “ Arecibo不仅仅是波多黎各的标志。这是我们文化的一部分,”里维拉·瓦伦丁(Rivera-Valentín)说道 物理世界。 “在过去的57年中,它已融入波多黎各文化,并已成为波多黎各科学和卓越的象征。象征着我们改善,成长和实现的希望和梦想。灵感的象征。”

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